JP2019027591A

JP2019027591A - メタルガスケット

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Publication number: JP2019027591A
Application number: JP2018066626A
Authority: JP
Inventors: 広嗣佐藤; Hiroshi Sato
Original assignee: Valqua Ltd
Current assignee: Valqua Ltd
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: CN110678676A; TW201910670A; EP3663616B1; EP3663616A4; KR20200032030A; US20200240519A1; TWI780178B; EP3663616A1; KR102538727B1; US11802621B2; JP7089389B2

Abstract

【課題】小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保することができるメタルガスケットを提供する。【解決手段】メタルガスケット１の外周面にＶ字状の円周溝２を有し、円周溝２の深さＡとメタルガスケット１の断面における水平方向の長さＢとの比（円周溝の深さＡ／水平方向の長さＢ）の値が０．１〜０．９５であり、Ｖ字状の円周溝２の切込み角度が３０〜１２０°であることを特徴とするメタルガスケット。【選択図】図１

Description

本発明は、メタルガスケットに関する。さらに詳しくは、本発明は、例えば、火力発電所、原子力発電所、スチームタービン船の蒸気機関、石油精製ライン、石油化学工業のプロセスライン、半導体製造ラインなどにおける配管同士を接続する際に用いられるメタルガスケットに関する。

耐熱性に優れ、低締付力化が図られたメタルガスケットとして、メタル中空Ｏリング、メタルＣリングなどが提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。これらのメタルガスケットよりも締付力が小さく、シール性に優れたメタルガスケットとして、リング状の内周面にＶ字状の円周溝を有する金属製リングガスケット、外径部側面または内径部側面に凹溝を備えるメタルガスケットが提案されている（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。

前記金属製リングガスケットおよび前記メタルガスケットは、いずれも締付力が小さく、シール性に優れている。

しかし、近年、さらに小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保することができるメタルガスケットの開発が望まれている。

特開平９−１７７９７６号公報特開平１１−３０３３３号公報実開昭６０−４３７６６号公報特開２００３−１５６１４７号公報

本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保することができるメタルガスケットを提供することを課題とする。

本発明は、
（１）メタルガスケットの外周面にＶ字状の円周溝を有し、当該円周溝の深さＡと当該メタルガスケットの断面における水平方向の長さＢとの比（円周溝の深さＡ／水平方向の長さＢ）の値が０．１〜０．９５であり、Ｖ字状の円周溝の切込み角度が３０〜１２０°であることを特徴とするメタルガスケット、
（２）表面硬度が１５〜２５０ＨＶである前記（１）に記載のメタルガスケット、および
（３）メタルガスケットがアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、インコネル、炭素鋼、鉛、金、銀、銅およびマグネシウム合金からなる群より選ばれた金属で形成されてなる前記（１）または（２）に記載のメタルガスケット
に関する。

本発明によれば、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保することができるメタルガスケットが提供される。

（ａ）は、本発明のメタルガスケットの一実施態様を示す概略側面図、（ｂ）は、当該メタルガスケットの一実施態様を示す概略平面図である。図１（ｂ）に示されるＸ−Ｘ部におけるメタルガスケットの一実施態様を示す概略断面図である。図１（ｂ）に示されるＸ−Ｘ部におけるメタルガスケットの他の実施態様を示す概略断面図である。図１（ｂ）に示されるＸ−Ｘ部におけるメタルガスケットの他の実施態様を示す概略断面図である。本発明のメタルガスケットのＶ字状の円周溝の深さＡおよびメタルガスケットの水平方向の長さＢに関する概略説明図である。各実施例および各比較例で用いられたガスケットのシール性の評価試験装置の概略説明図である。

本発明のメタルガスケットは、前記したように、当該メタルガスケットの外周面にＶ字状の円周溝を有し、当該円周溝の深さＡと当該メタルガスケットの断面における水平方向の長さＢとの比（円周溝の深さＡ／水平方向の長さＢ）の値が０．１〜０．９５であり、Ｖ字状の円周溝の切込み角度が３０〜１２０°であることを特徴とする。本発明のメタルガスケットは、前記構成を有することから、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保するという優れた効果を発現する。

以下に、本発明のメタルガスケットを図面に基づいて詳細に説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施態様のみに限定されるものではない。

図１（ａ）は、本発明のメタルガスケットの一実施態様を示す概略側面図であり、図１（ｂ）は、当該メタルガスケットの概略平面図である。

図１において、本発明のメタルガスケット１の表面硬度（ビッカース硬度）の下限値は、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保する観点から、好ましくは１５ＨＶ以上、より好ましくは１９ＨＶ以上である。また、本発明のメタルガスケット１の表面硬度（ビッカース硬度）の上限値は、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保する観点から、好ましくは２５０ＨＶ以下、より好ましくは２２０ＨＶ以下、さらに好ましくは１７５ＨＶ以下、さらに一層好ましくは１７０ＨＶ以下である。

本発明のメタルガスケット１は、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保する観点から、メタルガスケットの材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、インコネル、炭素鋼、鉛、金、銀、銅およびマグネシウム合金からなる群より選ばれた金属であることが好ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼およびインコネルからなる群より選ばれた金属であることがより好ましく、アルミニウムまたはステンレス鋼であることがさらに好ましい。

アルミニウム合金としては、例えば、アルミニウム−鉄合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−マンガン合金、アルミニウム−マグネシウム合金、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム−ニッケル合金などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。

ステンレス鋼としては、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ６３１、ＳＵＳ６３３、ＳＵＳ４２０Ｊ２などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。

また、マグネシウム合金に使用されるマグネシウム以外の金属としては、例えば、リチウム、カルシウム、アルミニウム、亜鉛、チタン、マンガン、ジルコニウム、イットリウム、タンタル、ネオジウム、ニオブなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。

メタルガスケット１の平面形状は、図１（ｂ）に示されるように、環状である。メタルガスケット１の平面形状における外径Ｌは、メタルガスケット１の用途によって異なるので一概には決定することができないことから、メタルガスケット１の用途に応じて適宜決定することが好ましいが、通常、２ｍｍ〜３ｍ程度である。

図１（ｂ）に示されるＸ−Ｘ部におけるメタルガスケット１の断面形状は、図２（ａ）に示されるように円形であってもよく、図２（ｂ）に示されるように矩形であってもよく、図２（ｃ）に示されるように正方形、長方形などの多角形であってもよい。前記円形状は、真円のみならず、縦長の楕円形状および横長の楕円形状を含む概念のものである。なお、図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明のメタルガスケットの一実施態様を示す概略断面図である。

メタルガスケット１の上下面には、例えば、図３（ａ）に示されるように平面部１ａが形成されていてもよく、図３（ｂ）に示されるように凸部（突起）１ｂが形成されていてもよく、図３（ｃ）に示されるように凹部１ｃが形成されていてもよく、図３（ｄ）に示されるように切り欠き部１ｄが形成されていてもよい。平面部１ａ、凸部１ｂ、凹部１ｃおよび切り欠き部１ｄは、それぞれ、上下面の両面に形成されていてもよく、上面のみに形成されていてもよく、下面のみに形成されていてもよい。なお、図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図１（ｂ）に示されるＸ−Ｘ部におけるメタルガスケットの他の実施態様の概略断面図である。

メタルガスケット１は、その外周面にＶ字状の円周溝２を有する。Ｖ字状の円周溝２の底部は、図４（ａ）に示されるように鋭角をなしていてもよく、図４（ｂ）に示されるように平面をなしていてもよく、図４（ｃ）に示されるように円弧状であってもよい。これらのＶ字状の円周溝２の形状のなかでは、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保する観点から、図４（ａ）に示されるように鋭角をなしていることが好ましい。なお、図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１（ｂ）に示されるＸ−Ｘ部におけるメタルガスケットの他の実施態様の概略断面図である。

図５に示されるように、メタルガスケット１のＶ字状の円周溝の深さＡと断面における水平方向の長さＢとの比（円周溝の深さＡ／水平方向の長さＢ）の値は、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保する観点から、０．１以上、好ましくは０．２以上、より好ましくは０．３以上、さらに好ましくは０．４以上、さらに一層好ましくは０．５以上であり、メタルガスケット１の機械的強度を高め、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保する観点から、０．９５以下、好ましくは０．９以下、より好ましくは０．８８以下、さらに好ましくは０．８６以下である。なお、図５は、本発明のメタルガスケット１のＶ字状の円周溝２の深さＡおよびメタルガスケット１の水平方向の長さＢに関する概略説明図である。

メタルガスケット１のＶ字状の円周溝２と外周面との境界には、図５に示されるように、円周溝２の端部３ａ，３ｂが２カ所存在する。円周溝の深さＡは、それらのうちＶ字状の円周溝２の深さが深いほうの長さを意味する。

メタルガスケット１の水平方向の長さＢは、メタルガスケット１の用途などによって異なるので一概には決定することができないことから、メタルガスケット１の用途などに応じて適宜決定することが好ましいが、通常、１〜１５ｍｍ程度である。

メタルガスケット１の厚さｔは、メタルガスケット１の用途などによって異なるので一概には決定することができないことから、メタルガスケット１の用途に応じて適宜決定することが好ましいが、通常、１．５〜１５ｍｍ程度である。

Ｖ字状の円周溝の切込み角度θは、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保する観点から、３０°以上、好ましくは４０°以上、より好ましくは４５°以上であり、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保する観点から、１２０°以下、好ましくは１１０°以下、より好ましくは１００°以下である。

以上のように構成されるメタルガスケット１は、小さい締め付け力でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保することができる。

したがって、本発明のメタルガスケット１は、例えば、火力発電所、原子力発電所、スチームタービン船の蒸気機関、石油精製ライン、石油化学工業のプロセスライン、半導体製造ラインなどにおける配管同士を接続する際に好適に使用することができる。

次に、本発明のメタルガスケットを実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
メタルガスケットとして、図１および図５に示される断面形状を有するアルミニウム製メタルガスケット（表面硬度：２２ＨＶ）を用いた。より具体的には、図１および図５に示されるメタルガスケット１において、メタルガスケット１の平面形状における外径Ｌが７５ｍｍであり、厚さｔが３．５ｍｍであり、Ｖ字状の円周溝の深さＡが３ｍｍであり、水平方向の長さＢが３．５ｍｍであり、深さＡと水平方向の長さＢとの比（円周溝の深さＡ／水平方向の長さＢ）の値が０．８６であり、Ｖ字状の円周溝の切込み角度が７５°であるメタルガスケット１を用いた。

前記メタルガスケット１のシール性を以下の評価方法に基づいて評価した。その結果、メタルガスケット１からのヘリウムガスの漏れ量は、１×１０^-9Ｐａ・ｍ³／ｓ・ｍであった。前記シール性の評価結果を表１に示す。

また、メタルガスケット１の圧縮性を以下の評価方法に基づいて評価した。その結果を表１に示す。なお、圧縮性が優れることは、ガスケットと試験プラテンとの間の間隙を消滅させるために必要な圧縮荷重が小さいことを意味する。

〔シール性〕
ガスケットのシール性を評価する際に図６に示されるガスケットのシール性の評価試験装置４を用いた。図６は、ガスケットのシール性の評価試験装置４の概略説明図である。

まず、シール性の評価試験装置４内にガスケット５を試験プラテン６ａ，６ｂの間に装着し、圧縮荷重２５ｋＮ／ｍをガスケット５に付与した後、ヘリウムガスボンベ７のノズル７ａからヘリウムガスを噴射させ、大気圧のヘリウムガスを評価試験装置４内に充満させた。

次に、ヘリウムリークディテクター８を用い、ガスケット内を真空度が０．１Ｐａとなるまで減圧し、当該真空度に到達してから５分間経過した時点でガスケットの外部からガスケットの内側の空間部に流入したヘリウムガスの漏れ量を測定した。

前記で測定したヘリウムガスの漏れ量に基づき、シール性を以下の評価基準にしたがって評価した。

（評価基準）
◎：ヘリウムガスの漏れ量が１×１０^-9Ｐａ・ｍ³／ｓ・ｍ以下である。
〇：ヘリウムガスの漏れ量が１×１０^-9Ｐａ・ｍ³／ｓ・ｍを超え、1×１０^-8Ｐａ・ｍ³／ｓ・ｍ以下である。
△：ヘリウムガスの漏れ量が１×１０^-8Ｐａ・ｍ³／ｓ・ｍを超え、１×１０^-6Ｐａ・ｍ³／ｓ・ｍ以下である。
×：ヘリウムガスの漏れ量が１×１０^-6Ｐａ・ｍ³／ｓ・ｍを超える。

〔圧縮性〕
図６に示されるガスケットのシール性の評価試験装置４を用い、ガスケット５を試験プラテン６ａ，６ｂの間に装着し、ガスケットを圧縮しながら試験プラテン６ａの移動量をダイヤルゲージで測定し、式：
［圧縮率］＝［（初期のガスケットの高さ）−（圧縮後のガスケットの高さ）］
÷［初期のガスケットの高さ］×１００
に基づいて求められる圧縮率が１７％に到達したときの圧縮荷重を測定し、以下の評価基準にしたがって圧縮性を評価した。

（評価基準）
◎：圧縮荷重が５０ｋＮ／ｍ未満である。
〇：圧縮荷重が５０ｋＮ／ｍ以上、８０ｋＮ／ｍ未満である。
△：圧縮荷重が８０ｋＮ／ｍ以上、１００ｋＮ／ｍ未満である。
×：圧縮荷重が１００ｋＮ／ｍ以上である。

〔総合評価〕
ガスケットのシール性および圧縮性の評価結果に基づき、◎を５０点、〇を３０点、△を１０点、×を−１０点とし、シール性の得点と圧縮性の特定とを合計し、その合計点を表１の総合評価の欄に記載し、ガスケットのシール性および圧縮性の評価結果のいずれかに×の評価が存在する場合には、総合評価の欄に「不合格」を記載した。なお、総合評価の最高得点は１００点である。

実施例２
メタルガスケットとして、図１および図５に示される断面形状を有するアルミニウム製メタルガスケット（表面硬度：２２ＨＶ）を用いた。より具体的には、図１および図５に示されるメタルガスケット１において、メタルガスケット１の平面形状における外径Ｌが７５ｍｍであり、厚さｔが３．５ｍｍであり、Ｖ字状の円周溝の深さＡが１．５ｍｍであり、水平方向の長さＢが３．５ｍｍであり、深さＡと水平方向の長さＢとの比（円周溝の深さＡ／水平方向の長さＢ）の値が０．４３であり、Ｖ字状の円周溝の切込み角度が４５°であるメタルガスケット１を用いた。

前記メタルガスケット１のシール性および圧縮性を実施例１と同様にして評価した。その結果を表１に示す。なお、前記メタルガスケット１を用いて実施例１と同様のシール性（１×１０^-9Ｐａ・ｍ³／ｓ・ｍ以下）を付与するために必要な圧縮荷重は、２５ｋＮ／ｍであった。

実施例３
メタルガスケットとして、図１および図５に示される断面形状を有するアルミニウム製メタルガスケット（表面硬度：２２ＨＶ）を用いた。より具体的には、図１および図５に示されるメタルガスケット１において、メタルガスケット１の平面形状における外径Ｌが７５ｍｍであり、厚さｔが３．５ｍｍであり、Ｖ字状の円周溝の深さＡが１ｍｍであり、水平方向の長さＢが３．５ｍｍであり、深さＡと水平方向の長さＢとの比（円周溝の深さＡ／水平方向の長さＢ）の値が０．２９であり、Ｖ字状の円周溝の切込み角度が９０°であるメタルガスケット１を用いた。

実施例４〜３１および比較例１〜９
実施例１において、メタルガスケットの材質、図１（ｂ）に示されるメタルガスケット１の平面形状の外径Ｌと、図５に示されるメタルガスケット１の厚さｔ、Ｖ字状の円周溝の深さＡ、断面における水平方向の長さＢ、Ｖ字状の円周溝の深さＡと断面における水平方向の長さＢとの比（円周溝の深さＡ／水平方向の長さＢ）の値（表１に「深さＡ／長さＢ」と表記）およびＶ字状の円周溝の切込み角度θ（表１に「角度θ」と表記）を表１に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にしてメタルガスケットを作製し、当該メタルガスケットのシール性および圧縮性を実施例１と同様にして評価した。その結果を表１に示す。

なお、メタルガスケットの材質を表１の「材質」の欄に記載し、Ａｌはアルミニウム〔硬度（ＨＶ）：２２〕、ＳＵＳはＳＵＳ３０４〔硬度（ＨＶ）：２０２〕を示す。

比較例１０
従来のガスケットとして、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製のメタル中空Ｏリング〔日本バルカー工業（株）製、品番：３６４０〕を用い、実施例１と同様にしてシール性および圧縮性を評価した。その結果を表１に示す。

比較例１１
従来のメタルガスケットとして、特開２００３−１５６１４７号公報の図２に示される断面に片仮名のコの字形状を有するステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）製のメタルガスケットを用いた。より具体的には、当該図２に示されるメタルガスケットにおいて、外径Ｄが７５ｍｍであり、半径方向の幅Ｗ₁が４ｍｍ、幅Ｗ₂が３ｍｍであり、突端１５、１５間の幅ｄが２ｍｍであるメタルガスケットを用いた。当該メタルガスケットのシール性および圧縮性を実施例１と同様にして評価した。その結果を表１に示す。

比較例１２
従来のリングガスケットとして、実開昭６０−４３７６６号公報の第１図および第２図に示されるように内周面にＶ字状の円周溝を有するステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製のリングガスケットを用いた。より具体的には、当該第１図および第２図において、外径が７５ｍｍであり、断面形状が半径３ｍｍの円形であり、中心Ｏから底部２３までの距離ｄが０ｍｍであり、開度（切込み角度）θが９０°であるＶ字状の円周溝が内周面に形成されているリングガスケットを用いた。前記リングガスケットのシール性および圧縮性を実施例１と同様にして評価した。その結果を表１に示す。

表１に示された結果から、各実施例で得られたメタルガスケットでは、従来のメタル中空Ｏリング、メタルガスケットおよびリングガスケットと対比して、小さい締め付け力（圧縮荷重）でフランジ間を締め付けることによってシール性を確保することができることがわかる。

１メタルガスケット
１ａ平面部
１ｂ凸部
１ｃ凹部
２Ｖ字状の円周溝
３ａ円周溝の端部
３ｂ円周溝の端部
４シール性の評価試験装置
５ガスケット
６ａ試験プラテン
６ｂ試験プラテン
７ヘリウムガスボンベ
７ａノズル
８ヘリウムリークディテクター

Claims

メタルガスケットの外周面にＶ字状の円周溝を有し、当該円周溝の深さＡと当該メタルガスケットの断面における水平方向の長さＢとの比（円周溝の深さＡ／水平方向の長さＢ）の値が０．１〜０．９５であり、Ｖ字状の円周溝の切込み角度が３０〜１２０°であることを特徴とするメタルガスケット。
表面硬度が１５〜２５０ＨＶである請求項１に記載のメタルガスケット。
メタルガスケットがアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、インコネル、炭素鋼、鉛、金、銀、銅およびマグネシウム合金からなる群より選ばれた金属で形成されてなる請求項１または２に記載のメタルガスケット。